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DE102022003747A1 - System for controlling the emission of ammonia released by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere - Google Patents

System for controlling the emission of ammonia released by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere Download PDF

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DE102022003747A1
DE102022003747A1 DE102022003747.5A DE102022003747A DE102022003747A1 DE 102022003747 A1 DE102022003747 A1 DE 102022003747A1 DE 102022003747 A DE102022003747 A DE 102022003747A DE 102022003747 A1 DE102022003747 A1 DE 102022003747A1
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Germany
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ammonia
exhaust gas
scr
amount
atmosphere
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DE102022003747.5A
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German (de)
Inventor
Pradeep Hosakoti
Chandrashekar Sakaleshapur
Shambulingappa Yapalparvi
Lavanya Papanna
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Mercedes Benz Group AG
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Mercedes Benz Group AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein System zum Steuern des Ausstoßes von durch selektive katalytische Reduktion (SCR) entwichenem Ammoniak in die Atmosphäre offenbart, wobei das System (100) eine SCR (101) für die Reduktion der Menge an NOx-Emission in dem Abgas umfasst. Ein Paar Ammoniaksensoren (102a, 102b) erkennt das Vorhandensein von Ammoniak in dem Abgas stromabwärts der SCR (101), wobei ein elektronisch betätigtes Rückführventil (103) betätigt wird, wenn die von dem ersten Ammoniaksensor (102a) erkannte Menge an Ammoniak in dem Abgas größer ist als eine vordefinierte Schwelle; Ferner nimmt ein Kondensatormodul (104) das Abgas durch das Rückführventil (103) auf und kondensiert das Abgas bei einer vordefinierten Temperatur. Ein Flüssigammoniakabscheider (105) trennt das kondensierte flüssige Ammoniak von dem Abgas, das in die Atmosphäre abgegeben wird.The present invention discloses a system for controlling the emission of ammonia evolved by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere, the system (100) comprising an SCR (101) for reducing the amount of NOx emission in the exhaust gas. A pair of ammonia sensors (102a, 102b) detect the presence of ammonia in the exhaust gas downstream of the SCR (101), and an electronically actuated recirculation valve (103) is actuated when the amount of ammonia in the exhaust gas detected by the first ammonia sensor (102a) is is greater than a predefined threshold; Furthermore, a condenser module (104) receives the exhaust gas through the recirculation valve (103) and condenses the exhaust gas at a predefined temperature. A liquid ammonia separator (105) separates the condensed liquid ammonia from the off-gas which is vented to the atmosphere.

Description

In der folgenden Beschreibung werden die Erfindung und die Art und Weise, wie sie ausgeführt werden soll, besonders hervorgehoben.In the following description, particular emphasis is placed on the invention and the manner in which it is intended to be carried out.

Die vorliegende Erfindung offenbart ein System zum Steuern des Ausstoßes von durch selektive katalytische Reduktion (SCR) entwichenem Ammoniak in die Atmosphäre Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Mechanismus zum Aussetzen von Abgas, das eine vordefinierte hohe Menge an Ammoniak enthält, an Kondensation, wobei dadurch flüssiges Ammoniak und Abgas gewonnen wird, das in die Atmosphäre abgegeben wird.The present invention discloses a system for controlling the emission of ammonia evolved by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere ammonia and waste gas is recovered, which is released into the atmosphere.

Gegenwärtig verwenden die Fahrzeughersteller AdBlue, um die NOx-Emissionen in den Abgasen, die durch die Fahrzeuge abgegeben werden, zu reduzieren.Currently, vehicle manufacturers use AdBlue to reduce NOx emissions in the exhaust gases emitted by vehicles.

Eine selektive katalytische Reduktion (SCR), die in dem Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs bereitgestellt ist, reduziert die Nox-Emissionen chemisch, indem Ammoniak verwendet wird, um Stickstoff, Wasser und Kohlenstoffdioxid bereitzustellen. Das der SCR nachgelagerte Abgas enthält jedoch immer noch eine vordefinierte Menge Ammoniak, die in die Atmosphäre abgegeben wird, wobei das Ammoniak umfassende Abgas bei der Abgabe an die Atmosphäre schädlich sein kann. Derzeit gibt es keinen Mechanismus, um die Menge an Ammoniak, die in dem Abgas vorhanden ist, zu reduzieren, bevor es in die Atmosphäre abgegeben wird.Selective Catalytic Reduction (SCR), provided in a vehicle's aftertreatment system, chemically reduces NOx emissions by using ammonia to provide nitrogen, water, and carbon dioxide. However, the exhaust gas downstream of the SCR still contains a predefined amount of ammonia that is released into the atmosphere, which exhaust gas comprising ammonia may be harmful when released into the atmosphere. There is currently no mechanism to reduce the amount of ammonia present in the exhaust before it is released into the atmosphere.

Die Patentnummer US6871489B2 mit dem Titel „Thermal management of exhaust systems“ bezieht sich auf die thermische Verwaltung eines integrierten Emissionsreduktionssystems für die Entfernung von Schwebstoffen (PM) und Stickoxiden (NOx) aus den Abgasströmen von Dieselmotoren. Das erfinderische integrierte Emissionsreduktionssystem kann einen Dieselpartikelfilter (DPF), eine Wärmequelle zum Anpassen der Temperatur des in den DPF eintretenden Abgasstroms, wenigstens einen selektiven katalytischen NOx-Reduzierer, einen Wärmetauscher zum Anpassen der Temperatur des in den NOx-Reduzierer eintretenden Abgasstroms und eine Rechenvorrichtung zum Überwachen der Temperatur und/oder des Drucks des in den DPF und den NOx-Reduzierer eintretenden Abgasstroms und zum Steuern des Betriebs des Wärmetauschers und der Wärmequelle beinhalten, wobei dadurch die Effizienz des DPF und des NOx-Reduzierers verbessert wird.The patent number US6871489B2 entitled "Thermal management of exhaust systems" refers to the thermal management of an integrated emissions reduction system for the removal of particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NO x ) from diesel engine exhaust streams. The inventive integrated emissions reduction system may include a diesel particulate filter (DPF), a heat source for adjusting the temperature of the exhaust stream entering the DPF, at least one selective catalytic NO x reducer, a heat exchanger for adjusting the temperature of the exhaust stream entering the NO x reducer, and a Computing device for monitoring the temperature and/or pressure of the exhaust gas stream entering the DPF and the NOx reducer and for controlling the operation of the heat exchanger and the heat source, thereby improving the efficiency of the DPF and the NOx reducer.

Die Patentnummer US7320781 B2 mit dem Titel „Method for adjusting a reductant used in an internal combustion engine to reduce NOx“ bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Reduktionsmitteleinspritzung in einen Abgasstrom stromaufwärts von einem Katalysator, der mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, wird offenbart. Bei dem Verfahren wird ein Ammoniaksensor, der sich stromabwärts des Abgaskatalysators befindet, verwendet, um die Ammoniakkonzentration in dem Abgasstrom zu bestimmen. Die Ammoniakkonzentration wird mit einer zulässigen Schwelle und einem zulässigen Anteil verglichen, d. h. mit einer Höchstgrenze für einen Ammoniakanteil in dem Abgasstrom im Vergleich zu dem von der Reduktionsmitteleinspritzdüse gelieferten Ammoniak. Zusätzlich wird auf Grundlage eines NOx-Sensors bestimmt, ob die NOx-Umwandlung des Katalysators als Reaktion auf die Erhöhung der Reduktionsmitteleinspritzung gestiegen ist. Ist dies nicht der Fall, wird die Einspritzmenge des Reduktionsmittels reduziert.The patent number US7320781B2 entitled "Method for adjusting a reductant used in an internal combustion engine to reduce NO x " refers to a method for controlling reductant injection into an exhaust stream upstream of a catalytic converter associated with an internal combustion engine is disclosed. The method uses an ammonia sensor located downstream of the exhaust catalyst to determine the concentration of ammonia in the exhaust stream. The ammonia concentration is compared to an allowable threshold and an allowable fraction, ie a maximum limit for an ammonia fraction in the exhaust stream compared to the ammonia delivered by the reductant injector. Additionally, it is determined based on a NOx sensor whether the NOx conversion of the catalyst has increased in response to the increase in reductant injection. If this is not the case, the quantity of reducing agent injected is reduced.

Daher besteht ein Bedarf an einem Mechanismus für die Erkennung und Reduktion der Menge Ammoniak, die in den Abgasen eines Fahrzeugs vorhanden sind.Therefore, there is a need for a mechanism for detecting and reducing the amount of ammonia present in a vehicle's exhaust.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik, indem sie ein System zum Steuern des Ausstoßes von durch selektive katalytische Reduktion (SCR) entwichenem Ammoniak in die Atmosphäre offenbart, wobei das System eine SCR für die Reduktion der Menge an NOx-Emission in dem Abgas umfasst. Ein Paar Ammoniaksensoren erkennt das Vorhandensein von Ammoniak in dem Abgas stromabwärts der SCR, wobei ein elektronisch betätigtes Rückführventil betätigt wird, wenn die von dem ersten Ammoniaksensor erkannte Menge an Ammoniak in dem Abgas größer ist als eine vordefinierte Schwelle. Ferner nimmt ein Kondensatormodul das Abgas durch das Rückführventil auf und kondensiert das Abgas bei einer vordefinierten Temperatur. Ein Flüssigammoniakabscheider trennt das kondensierte flüssige Ammoniak von dem Abgas, das in die Atmosphäre abgegeben wird.The present invention overcomes the disadvantages of the prior art by disclosing a system for controlling the emission of ammonia evolved by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere, the system using an SCR for the reduction of the amount of NO x emission in includes the exhaust gas. A pair of ammonia sensors detect the presence of ammonia in the exhaust gas downstream of the SCR, with an electronically actuated recirculation valve being actuated when the amount of ammonia in the exhaust gas detected by the first ammonia sensor is greater than a predefined threshold. Further, a condenser module receives the exhaust gas through the recirculation valve and condenses the exhaust gas at a predefined temperature. A liquid ammonia separator separates the condensed liquid ammonia from the flue gas, which is vented to the atmosphere.

Die vorliegende Erfindung stellt einen einfachen und praktikablen Mechanismus zum Steuern der Menge an Ammoniak bereit, die aus der SCR in die Atmosphäre entweicht. Das System setzt ein zusätzliches Kondensatormodul ein, um das Abgas, das das entwichene Ammoniak enthält, zu kondensieren, wenn die Menge des entwichenen Ammoniaks eine vordefinierte Schwelle überschreitet. Ferner setzt die vorliegende Erfindung einen Flüssigammoniakabscheider ein, um das kondensierte flüssige Ammoniak aus dem Abgas zu trennen, das in dem System als eine AdBlue-Lösung wiederverwendet werden kann.The present invention provides a simple and practical mechanism for controlling the amount of ammonia that escapes from the SCR to the atmosphere. The system deploys an additional condenser module to condense the exhaust gas containing the escaped ammonia when the amount of escaped ammonia exceeds a predefined threshold. Further, the present invention employs a liquid ammonia separator to separate the condensed liquid ammonia from the exhaust gas, which can be reused in the system as an AdBlue solution.

Die vorstehenden und anderen Merkmale der Ausführungsformen werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.The above and other features of the embodiments will be apparent from the following detailed description of the embodiments will become more apparent when read in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, like reference numbers refer to like elements.

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern des Ausstoßes von durch selektive katalytische Reduktion (SCR) entwichenem Ammoniak in die Atmosphäre. 1 Figure 12 illustrates a block diagram of a system for controlling the emission of ammonia evolved from selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere.

Nachfolgend wird ausführlich auf die Beschreibung des vorliegenden Gegenstands Bezug genommen, von dem ein oder mehrere Beispiele in den Figuren gezeigt sind. Jedes Beispiel wird bereitgestellt, um den Gegenstand zu erläutern, und nicht als Einschränkung. Verschiedene Änderungen und Modifikationen, die für einen Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, naheliegend sind, gelten als im Geist, dem Umfang und der Betrachtung der Erfindung.In the following, reference is made in detail to the description of the present subject matter, one or more examples of which are shown in the figures. Each example is provided by way of explanation of the subject matter and not by way of limitation. Various changes and modifications which are obvious to one skilled in the art to which the invention pertains are deemed to be within the spirit, scope and contemplation of the invention.

Die vorliegende Erfindung offenbart System zum Steuern des Ausstoßes von durch selektive katalytische Reduktion (SCR) entwichenem Ammoniak in die Atmosphäre offenbart, wobei das System eine SCR für die Reduktion der Menge an NOx-Emission in dem Abgas umfasst. Ein Paar Ammoniaksensoren erkennt das Vorhandensein von Ammoniak in dem Abgas stromabwärts der SCR, wobei ein elektronisch betätigtes Rückführventil betätigt wird, wenn die von dem ersten Ammoniaksensor erkannte Menge an Ammoniak in dem Abgas größer ist als eine vordefinierte Schwelle. Ferner nimmt ein Kondensatormodul das Abgas durch das Rückführventil auf und kondensiert das Abgas bei einer vordefinierten Temperatur. Ein Flüssigammoniakabscheider trennt das kondensierte flüssige Ammoniak von dem Abgas, das in die Atmosphäre abgegeben wird.The present invention discloses systems for controlling the emission of ammonia escaped by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere, the system comprising an SCR for reducing the amount of NO x emission in the exhaust gas. A pair of ammonia sensors detect the presence of ammonia in the exhaust gas downstream of the SCR, with an electronically actuated recirculation valve being actuated when the amount of ammonia in the exhaust gas detected by the first ammonia sensor is greater than a predefined threshold. Further, a condenser module receives the exhaust gas through the recirculation valve and condenses the exhaust gas at a predefined temperature. A liquid ammonia separator separates the condensed liquid ammonia from the flue gas, which is vented to the atmosphere.

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern des Ausstoßes von durch selektive katalytische Reduktion (SCR) entwichenem Ammoniak in die Atmosphäre, wobei das System (100) eine SCR (101) für die Reduktion der Menge an NOx-Emission in dem Abgas umfasst. Die SCR (101) setzt Ammoniak für die chemische Reduktion von NOx-Emissionen ein, um eine vordefinierte Menge an Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid bereitzustellen. Ferner erkennt ein Paar Ammoniaksensoren (102a, 102b) das Vorhandensein von Ammoniak in dem Abgas stromabwärts der SCR (101), wobei ein elektronisch betätigtes Rückführventil (103) durch die elektronische Steuereinheit (ECU) des Fahrzeugs betätigt wird, wenn die von dem ersten Ammoniaksensor (102a) erkannte Menge an Ammoniak in dem Abgas größer ist als eine vordefinierte Schwelle. Die ECU ist mit einer vordefinierten Schwelle vorprogrammiert, die den höchstzulässigen Grenzwert für die in dem Abgas vorhandene Menge an Ammoniak angibt. 1 Figure 11 illustrates a block diagram of a system for controlling the emission of ammonia escaped by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere, the system (100) including an SCR (101) for reducing the amount of NOx emission in the exhaust gas. The SCR (101) uses ammonia for the chemical reduction of NOx emissions to provide a predefined amount of nitrogen, water and carbon dioxide. Further, a pair of ammonia sensors (102a, 102b) detect the presence of ammonia in the exhaust gas downstream of the SCR (101), with an electronically actuated recirculation valve (103) being actuated by the vehicle's electronic control unit (ECU) when the signal from the first ammonia sensor (102a) detected amount of ammonia in the exhaust is greater than a predefined threshold. The ECU is pre-programmed with a predefined threshold that indicates the maximum allowable limit for the amount of ammonia present in the exhaust.

Ferner umfasst das System (100) ein Kondensatormodul (104) zum Aufnehmen des Abgases, das eine vordefinierte Menge an Ammoniak enthält, durch das Rückführventil (103), wobei das Kondensatormodul (104) das Abgas bei einer vordefinierten Temperatur kondensiert. Das an dem Ausgang des Kondensatormoduls (104) erhaltene Kondensat wird zu einem Flüssigammoniakabscheider (105) übertragen, der das kondensierte flüssige Ammoniak von dem Abgas trennt. Die Menge an Ammoniak in dem Abgas an dem Ausgang des Flüssigammoniakabscheiders (105) wird durch den zweiten Ammoniaksensor (102b) erkannt, woraufhin das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird.The system (100) further comprises a condenser module (104) for receiving the exhaust gas containing a predefined amount of ammonia through the recirculation valve (103), the condenser module (104) condensing the exhaust gas at a predefined temperature. The condensate obtained at the outlet of the condenser module (104) is transferred to a liquid ammonia separator (105) which separates the condensed liquid ammonia from the flue gas. The amount of ammonia in the exhaust gas at the exit of the liquid ammonia separator (105) is detected by the second ammonia sensor (102b), whereupon the exhaust gas is discharged into the atmosphere.

Die vorliegende Erfindung stellt einen einfachen und praktikablen Mechanismus zum Steuern der Menge an Ammoniak bereit, die aus der SCR (101) in die Atmosphäre entweicht. Das System (100) setzt ein zusätzliches Kondensatormodul (104) ein, um das Abgas, das das entwichene Ammoniak enthält, zu kondensieren, wenn die Menge des entwichenen Ammoniaks eine vordefinierte Schwelle überschreitet. Ferner setzt die vorliegende Erfindung einen Flüssigammoniakabscheider (105) ein, um das kondensierte flüssige Ammoniak aus dem Abgas zu trennen, das in dem System (100) als eine AdBlue-Lösung wiederverwendet werden kann.The present invention provides a simple and practical mechanism for controlling the amount of ammonia that escapes from the SCR (101) to the atmosphere. The system (100) deploys an additional condenser module (104) to condense the exhaust gas containing the escaped ammonia when the amount of escaped ammonia exceeds a predefined threshold. Further, the present invention employs a liquid ammonia separator (105) to separate the condensed liquid ammonia from the exhaust gas, which can be reused in the system (100) as an AdBlue solution.

Obwohl in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte verstanden werden, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt.Although at least one exemplary embodiment has been presented in the foregoing detailed description, it should be understood that numerous variations exist.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Systemsystem
101101
Selektive katalytische Reduktion (SCR)Selective Catalytic Reduction (SCR)
102a, 102b102a, 102b
Paar AmmoniaksensorenPair of ammonia sensors
103103
Rückführventilrecirculation valve
104104
Kondensatormodulcapacitor module
105105
Flüssigammoniakabscheiderliquid ammonia separator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 6871489 B2 [0005]US 6871489 B2 [0005]
  • US 7320781 B2 [0006]US7320781B2 [0006]

Claims (4)

System zum Steuern des Ausstoßes von durch selektive katalytische Reduktion (SCR) entwichenem Ammoniak in die Atmosphäre, wobei das System (100) umfasst: a. eine SCR (101) zum Reduzieren der Menge an NOx-Emissionen in dem Abgas eines Fahrzeugs, wobei die SCR (101) Ammoniak zum chemischen Reduzieren von NOx-Emissionen einsetzt, um eine vordefinierte Menge an Stickstoff, Wasser und Kohlenstoffdioxid bereitzustellen; b. ein Paar Ammoniaksensoren (102a, 102b) zum Erkennen des Vorhandenseins von Ammoniak in dem Abgas stromabwärts der SCR (101), wobei ein elektronisch betätigtes Rückführventil (103) betätigt wird, wenn die von dem ersten Ammoniaksensor (102a) erkannte Menge an Ammoniak in dem Abgas größer ist als eine vordefinierte Schwelle; c. ein Kondensatormodul(104) zum Aufnehmen des Abgases, das eine vordefinierte Menge an Ammoniak enthält, durch das Rückführventil (103), wobei das Kondensatormodul (104) das Abgas bei einer vordefinierten Temperatur kondensiert; d. einen Flüssigammoniakabscheider (105) zum Trennen des kondensierten flüssigen Ammoniaks aus dem Abgas, wobei die Menge an Ammoniak in dem Abgas an dem Ausgang des Flüssigammoniakabscheiders (105) durch den zweiten Ammoniaksensor (102b) erkannt wird, woraufhin das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird. A system for controlling emission of ammonia evolved by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere, the system (100) comprising: a. an SCR (101) for reducing the amount of NOx emissions in a vehicle's exhaust, the SCR (101) employing ammonia to chemically reduce NOx emissions to provide a predefined amount of nitrogen, water and carbon dioxide; b. a pair of ammonia sensors (102a, 102b) for detecting the presence of ammonia in the exhaust gas downstream of the SCR (101), an electronically actuated recirculation valve (103) being actuated when the amount of ammonia in the exhaust gas is greater than a predefined threshold; c. a condenser module (104) for receiving the exhaust gas containing a predefined amount of ammonia through the recirculation valve (103), the condenser module (104) condensing the exhaust gas at a predefined temperature; i.e. a liquid ammonia separator (105) for separating the condensed liquid ammonia from the exhaust gas, wherein the amount of ammonia in the exhaust gas at the exit of the liquid ammonia separator (105) is detected by the second ammonia sensor (102b), whereupon the exhaust gas is discharged into the atmosphere. System (100) nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit (ECU) des Fahrzeugs mit einer vordefinierten Schwelle vorprogrammiert ist, die den höchstzulässigen Grenzwert für die in dem Abgas vorhandene Menge an Ammoniak angibt.system (100) after claim 1 wherein the vehicle's electronic control unit (ECU) is pre-programmed with a predefined threshold that indicates the maximum allowable limit for the amount of ammonia present in the exhaust gas. System (100) nach Anspruch 1, wobei das Rückführventil (103) von der ECU des Fahrzeugs betätigt wird, wenn die Menge an Ammoniak in dem Abgas größer als eine vordefinierte Schwelle ist.system (100) after claim 1 wherein the recirculation valve (103) is actuated by the vehicle's ECU when the amount of ammonia in the exhaust gas is greater than a predefined threshold. System (100) nach Anspruch 1, wobei das an dem Auslass des Flüssigammoniakabscheider (105) erhaltene kondensierte flüssige Ammoniak als AdBlue-Lösung in dem Nachbehandlungssystem des Systems (100) wiederverwendet wird.system (100) after claim 1 wherein the condensed liquid ammonia obtained at the outlet of the liquid ammonia separator (105) is reused as AdBlue solution in the aftertreatment system of the system (100).
DE102022003747.5A 2021-10-19 2022-10-12 System for controlling the emission of ammonia released by selective catalytic reduction (SCR) into the atmosphere Withdrawn DE102022003747A1 (en)

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US6871489B2 (en) 2003-04-16 2005-03-29 Arvin Technologies, Inc. Thermal management of exhaust systems
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